Summary
이 프로토콜의 목적은 전신 역학을 특성화하기 위해 기능적 해부학 및 생체 역학 모델링에 사용할 수있는 말의 현실적, 전신, 골격 모델의 생성 방법을 설명하는 것입니다.
Abstract
전신 생체 역학 평가에 기초한 치료법은 인간 운동 선수의 부상 예방 및 재활에 성공합니다. 비슷한 접근법이 말 운동 부상을 연구하는 데 거의 사용되지 않았습니다. 기계적 스트레스로 인한 퇴행성 골관절염은 만성 자세 기능 장애에서 비롯될 수 있으며, 이는 일차 기능 장애가 종종 조직 손상 부위에서 멀리 떨어져 있기 때문에 전신 생체 역학 모델링을 통해 가장 잘 확인됩니다. 전신 말 운동학을 특성화하기 위해, 말의 현실적인 골격 모델은 기능적 해부학 및 생체 역학 모델링에 사용할 수있는 말 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 데이터로 만들어졌습니다. Equine CT 데이터는 3D 시각화 소프트웨어를 사용하여 개별 3차원(3D) 데이터 세트(즉, 뼈)로 재구성되고 완전한 3D 골격 모델로 조립되었습니다. 그런 다음 모델을 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어를 사용하여 리깅하고 애니메이션했습니다. 결과 3D 골격 모델은 퇴행성 조직 변화와 관련된 말 자세를 특성화하고 조직 손상 부위에서 기계적 스트레스를 줄이는 자세를 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 또한, 4D로 애니메이션될 때, 이 모델은 건강에 좋지 않고 건강한 골격 운동을 입증하는 데 사용될 수 있으며, 퇴행성 파행이 있는 말에 대한 예방적이고 재활적인 개별화된 치료법을 개발하는 데 사용될 수 있다. 이 모델은 곧 다운로드 할 수 있지만 현재 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어에 액세스해야하는 형식으로 되어 있으며 새로운 사용자에게는 상당한 학습 곡선이 있습니다. 이 프로토콜은 (1) 관심있는 유기체에 대한 그러한 모델을 개발하고 (2) 자신의 연구 질문에 대해이 특정 말 모델을 사용하는 사용자를 안내합니다.
Introduction
말의 만성 파행은 종종 골관절염 (OA)과 유사한 진행성 퇴행성 조직 병변과 관련이 있으며, 이는 인간의 주요 공중 보건 문제인 1,2,3,4,5,6,7,8,9 . 인간 의학에서, 특정 병변을 치료하는 데 초점을 맞춘 치료 접근법 (예를 들어, 약물 요법 및 직접 연골 수복)이 대부분 실패했기 때문에, 병리 역학적 힘은 이제 OA에서 조직 손상의 근본 원인으로 인식되고 있습니다. 비정상적인 또는 병리역학적 힘은 뼈 및 연골 세포 둘 다에 직접적으로 영향을 미치고, 염증성 매개체 및 진행성 조직 변성의 방출을 유도한다9. 이러한 관찰은 원인 역학적 힘이 교정되지 않으면 많은 만성 퇴행성 뼈 및 관절 질환이 계속 진행될 것임을 나타냅니다. 따라서 인간 의학의 치료 초점은 표적 운동10,11을 통해 영향을받는 관절을 "언로드"하는 접근법으로 이동하고 있습니다. 그러나 이러한 변화는 말 의학에서 아직 이루어지지 않았으며, 부분적으로는 개인의 움직임을 보여주기 위해 적응할 수있는 말 운동을위한 모델이 필요하기 때문입니다.
포괄적이고 전신 생체 역학 분석은 운동 능력을 최적화하고 인간 운동 선수 (11 )의 부상 회복을 촉진하기위한 훈련 프로그램을 설계하는 데 일반적이지만 (예 : 저널 "스포츠 생물 역학"참조), 말 운동 선수에게는 덜 일반적입니다 (그러나12 참조). 따라서, 여기서 가장 중요한 목표는 말 운동 선수의 건강을 개선하기위한 개별화 된 예방 및 재활 요법을 개발하는 데 사용할 수있는 말 파행의 병리학 적 모델을 수립하는 것입니다. 이러한 병리역학적 모델은 다른 것들(즉, 하지)만큼 육안으로 쉽게 식별할 수 없는 영역(즉, 척추)의 기능적 해부학의 차이를 특성화할 수 있다. 이 목표를 달성하기 위해 첫 번째 목표는 기능적 해부학적, 운동학 및 운동 학적 분석에 관심이있는 연구자가 템플릿으로 사용할 수있는 해부학 적으로 정확하고 조작 가능한 전신, 말 골격 모델을 개발하는 것이 었습니다. 말 임상의와 연구원에게 유용하기 위해,이 모델은 (1) 정확한 해부학 적 위치 지정을 가능하게하기 위해 생물학적으로 현실적이어야하며, (2) 건강하고 건강에 좋지 않은 말의 다양한 자세를 모델링하기위한 쉽고 정확한 조정을 허용하고, (3) 다양한 보행의 효과를 연구하기 위해 애니메이션 될 수 있어야하며, (4) 위치와 움직임의 반복 가능한 재 창조를 용이하게해야합니다.
3D 그래픽 전신 말 골격 모델은 CT 데이터로 구축되어 서로 상대적인 뼈의 위치를 조작 한 다음 움직이는 말의 사진이나 비디오의 움직임과 일치하도록 애니메이션하여 4D 말 골격 모델을 만들었습니다. 해결해야 할 질문에 가장 적합한 것이 무엇인지에 따라 모델은 2D, 3D 및 4D 버전 또는 다양한 조합으로 사용하여 특정 위치 또는 자세의 병리 역학적 효과를 설명하고 특성화 할 수 있습니다. 기본적이고 유연한 디자인으로 인해이 모델은 연구자가 특정 질문 및 데이터 매개 변수를 반영하도록 수정할 수있는 템플릿 역할을합니다. 이러한 파라미터는 예를 들어, 성별 및 동물 크기, 3D 운동 분석 데이터, 연조직 힘 추정, 및 관성 특성에 기초한 해부학적 정보를 포함한다. 따라서이 모델은 특정 부위 또는 관절에 대한보다 상세한 분석을 허용하는 동시에 살아있는 말에서 수행 할 수없는 실험을 설정하는 기초를 제공합니다. 표본 가용성 (예를 들어, 갈비뼈 절단) 및 스캐너와 관련된 실질적인 한계로 인해, 전신 말 모델은 세 개의 말 표본으로부터의 데이터를 병합 한 결과입니다. 따라서, 모델은 단일 개인의 완벽한 표현은 아니지만, 개인의 가변성을 더 광범위하게 나타내도록 표준화되었다. 요컨대, 연구자의 요구에 맞게 사용하고 수정하는 템플릿입니다. 트렁크, 머리 및 목 및 팔다리의 CT 스캔은 뼈 알고리즘, 피치 0.9, 1mm 슬라이스를 사용하여 64 슬라이스 CT 스캐너로 거의 동일한 크기의 두 개의 말 표본에서 획득했습니다. 갈비뼈 세트의 CT 스캔은 뼈 알고리즘, 피치 0.9, 0.64mm 슬라이스를 사용하여 64 슬라이스 CT 스캐너로 획득했습니다.
뼈 관절의 해부학 적 완전성 (예를 들어, 사지 내)이 유지되었다. CT 스캔에서 사용 가능한 연조직은 또한 뼈의 배치를 확인하는 데 사용되었습니다. 일부 전체 갈비뼈와 모든 갈비뼈의 근위 부분을 흉부 표본에서 사용할 수 있고 스캔했기 때문에 별도로 스캔 한 갈비뼈의 크기를 정확하게 조정하고 전신 골격 모델 내에 배치 할 수있었습니다. 그 결과 CT 디지털 이미징 및 의학 커뮤니케이션(DICOM) 데이터를 3D 시각화 소프트웨어( 재료 표 참조)로 가져오고 개별 뼈를 개별 데이터 세트(예: 뼈 메쉬)로 분할했습니다. 그런 다음 개별 3D 뼈 메쉬를 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어(재료 표)로 가져와 필요한 경우 크기를 조정하고 리깅을 준비하기 위해 완전한 말 골격으로 조립했습니다(뼈 메쉬를 연결하여 움직임이 연결되도록 하는 그래픽 방법).
Protocol
1. 앞다리 리깅
- 그래픽 관절을 앞다리 안쪽에 모든 움직임의 영역에 놓습니다.
참고 : 결과 관절 배치는 견갑골에서 관 뼈의 원위 끝까지 관절 체인입니다 (그림 2A). 손목 뼈의 영역에서, 가까운 거리에있는 3 개의 관절이 굽힘 반경을 증가시키는 데 사용됩니다.- F3 키를 눌러 리깅 메뉴 세트를 활성화합니다. 메뉴에서 스켈레톤을 선택합| 조인트를 생성하여 조인트 만들기 도구를 선택합니다.
- 소프트웨어의 뷰 패널에서 그림 2A 에 있는 조인트의 대략적인 영역을 1에서 10 순서로 클릭하고 ENTER 키를 누릅니다.
- 원하는 조인트를 클릭하여 조인트의 위치를 조정하고 W 키를 눌러 이동 도구를 사용하여 조인트를 원하는 위치로 변환합니다. 또는 원하는 조인트를 클릭하고 채널 상자/레이어 편집기 패널에 있는 X 번역, Y 변환 및 Z 변환 값을 변경하여 조인트를 조정합니다.
- 5개의 개별 역운동학적 핸들(IK 핸들)을 생성합니다(조인트는 그림 2A에 있는 숫자로 참조됨).
- 메뉴에서 스켈레톤 |를 선택합니다. IK 핸들을 만들어 IK 핸들 만들기 도구를 선택합니다. IK 핸들 만들기 도구를 사용하여 조인트 1을 선택한 다음 조인트 3을 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 Outliner 패널에서 Front Leg IK로 지정합니다. IK 핸들 만들기 도구를 사용하여 조인트 3을 선택한 다음 조인트 7을 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 앞면 아래쪽 IK로 지정합니다.
- IK 핸들 만들기 도구를 사용하여 조인트 7을 선택한 다음 조인트 8을 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 아웃라이너 패널에서 앞발가락 1 IK 레이블로 지정합니다. IK 핸들 만들기 도구를 사용하여 조인트 8을 선택한 다음 조인트 9를 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 아웃라이너 패널에서 앞발가락 2 IK 레이블로 지정합니다. IK 핸들 만들기 도구를 사용하여 조인트 9를 선택한 다음 조인트 10을 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 Outliner 패널에서 Front Toe 3 IK 로 지정합니다.
- 앞다리 컨트롤 만들기
- 만들기 메뉴의 원 도구를 사용하여 NURBS(불균일 합리적 B-스플라인) 원 만들기 | NURBS 프리미티브 | 원.
- 두 개의 NURBS 원을 만들고 이동 도구를 사용하여 조인트 3과 조인트 10을 둘러싸고 [대칭 이동] 패널에서 각각 Front Ctrl 및 Front Lower Ctrl 이름을 지정합니다.
- NURBS 서클을 만듭니다. 원을 선택하고 채널 상자/레이어 편집기 패널에서 Z 회전 값을 90으로 변경합니다. 이동(Move) 도구를 사용하여 조인트 10의 끝에 놓고 [아웃라이너] 패널에서 [Front Flick Ctrl]이라는 이름을 지정합니다.
- 세 가지를 모두 선택하고 Ctrl + G 키를 눌러 앞 발가락 1 IK, 앞 발가락 2 IK 및 앞 발가락 3 IK를 그룹화합니다. [아웃라이너] 패널에서 이 그룹의 이름을 Front Toe Group으로 지정합니다. IK가 처리하고 프론트 투 그룹을 컨트롤에 상위합니다.
참고: Shift + 아래 설명된 정확한 순서로 선택하여 적절한 부모 트리를 확인하는 것이 중요합니다.- 앞면 다리 IK를 선택한 다음 [윤곽선] 패널에서 [앞면 Ctrl]을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 앞면 아래쪽 Ctrl을 선택한 다음 [윤곽선] 패널에서 [앞면 Ctrl]을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 앞면 아래쪽 IK를 선택한 다음 [윤곽선] 패널에서 [앞면 아래쪽] Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 앞면 Flick Ctrl을 선택한 다음 [윤곽선] 패널에서 [앞면 아래쪽] Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 앞면 발가락 그룹을 선택한 다음 [윤곽선] 패널에서 [앞면 Flick] Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 스킨 바인딩 도구를 사용하여 네사모이드 뼈를 제외한 뼈 메쉬를 가장 가까운 관절에 바인딩합니다. 각 뼈 메쉬가 하나의 관절에만 바인딩되어 있는지 확인하십시오.
- 뼈 메쉬를 클릭하고 Shift + 가장 근위 관절을 클릭 한 다음 스킨 |에서 바 인드 스킨 도구를 선택하십시오 . 바인드 스킨.
- 세사모이드 뼈와 navicular 뼈를 조작
- 조인트를 만들고 세사모이드 뼈의 중앙에 놓고 Enter 키를 누릅니다. [보기 ] 패널에서 세사모이드 뼈 메쉬를 선택하고 Shift +는 뼈 가운데에 있는 관절을 클릭합니다. 스킨 바인딩 도구를 사용하여 메쉬를 조인트에 바인딩합니다.
참고: 이제 다리 위치를 변경할 때 조정을 위해 이동 및 회전 도구를 사용하여 세사모이드 뼈를 조작할 수 있습니다. - 보기 패널에서 세사모이드 뼈의 관절을 선택하고 Shift + 앞다리에서 가장 가까운 관절을 클릭하고 P 키를 누릅니다.
참고 :이 부모는 앞다리에 sesamoid 뼈의 관절. - 다른 세사모이드 뼈와 navicular 뼈에 대해 1.6.1 ~ 1.6.2 단계를 반복하십시오.
- 조인트를 만들고 세사모이드 뼈의 중앙에 놓고 Enter 키를 누릅니다. [보기 ] 패널에서 세사모이드 뼈 메쉬를 선택하고 Shift +는 뼈 가운데에 있는 관절을 클릭합니다. 스킨 바인딩 도구를 사용하여 메쉬를 조인트에 바인딩합니다.
- 다른 앞다리에 대해 1.1-1.6단계를 반복합니다.
참고: 견갑골의 관절은 이동 도구를 사용하여 3방향(자유도 6도)으로 모두 선택하고 번역할 수 있습니다.
2. 뒷다리 리깅
- 운동의 모든 영역에 뒷다리 안쪽에 관절을 배치하여 데무르의 머리에서 관 뼈의 원위 끝까지 관절 체인을 얻습니다 (그림 2B).
- 5개의 개별 IK 핸들을 생성합니다(조인트는 그림 2B에 있는 숫자로 참조됨).
- IK 핸들 생성 도구를 사용하여 조인트 11을 선택한 다음 조인트 12를 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 [아웃라이너] 패널에서 Hind IK로 지정합니다. IK 핸들 생성 도구를 사용하여 조인트 12를 선택한 다음 조인트 14를 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 아웃라이너 패널에서 Hind Lower IK로 지정합니다.
- IK 핸들 생성 도구를 사용하여 조인트 14를 선택한 다음 조인트 15를 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 아웃라이너 패널에서 뒷발가락 1 IK로 지정합니다. IK 핸들 생성 도구를 사용하여 조인트 15를 선택한 다음 조인트 16을 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 아웃라이너 패널에서 뒷발가락 2 IK로 지정합니다.
- IK 핸들 생성 도구를 사용하여 조인트 16을 선택한 다음 조인트 17을 선택합니다. 이 IK 핸들의 이름을 아웃라이너 패널에서 뒷발가락 3 IK로 지정합니다.
- 뒷다리 컨트롤 만들기
- Hind Ctrl 및 Hind Lower Ctrl이라는 두 개의 NURBS 원을 만들고 각각 동 인 12와 관절 17을 둘러싸도록 이동합니다.
- Hind Flick Ctrl이라는 NURBS 서클을 만듭니다. 이 원을 수직으로 만들고 조인트 10의 끝에 놓습니다.
- 그룹 뒷다리 발가락 1 IK, 뒷다리 발가락 2 IK 및 뒷다리 발가락 3 IK는 세 가지를 모두 선택하고 Ctrl + G를 눌러 그룹 뒷다리 발가락 1 IK, 뒷다리 발가락 2 IK를 누릅니다. 이 그룹의 이름을 Hind Toe Group으로 지정합니다.
- IK가 처리하고 Hind Toe Group 을 컨트롤에 상위합니다. Shift + 아래 설명된 정확한 순서로 선택하여 적절한 부모 트리를 확인하십시오.
- Hind IK를 선택한 다음 Hind Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- Hind Lower Ctrl을 선택한 다음 Hind Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 힌드 하위 IK를 선택한 다음 힌드 하위 Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- Hind Flick Ctrl을 선택한 다음 Hind Lower Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 뒷다리 그룹을 선택한 다음 Hind Flick Ctrl을 선택하고 P 키를 누릅니다.
- 스킨 바인딩 도구를 사용하여 뼈 메쉬를 가장 가까운 관절에 바인딩합니다. 각 뼈 메쉬가 하나의 관절에만 바인딩되어 있는지 확인하십시오.
- 뼈 메쉬를 클릭하고 Shift + 가장 근위 관절을 클릭 한 다음 스킨 |에서 바인드 스킨 도구를 선택하십시오 . 바인드 스킨.
- 슬개골, 세사모이드 뼈 및 navicular 뼈 리깅
- 조인트를 만들고 슬개골 중앙에 놓고 Enter 키를 누릅니다. 보기 패널에서 슬개골 메쉬를 선택하고 Shift +는 슬개골의 조인트를 클릭합니다. 스킨 바인딩 도구를 사용하여 메쉬를 조인트에 바인딩합니다.
참고: 이제 다리 위치를 변경할 때 조정을 위해 이동 및 회전 도구를 사용하여 슬개골을 조작할 수 있습니다. - 뷰 패널에서 슬개골에서 관절을 선택하고 Shift + 앞다리에서 가장 가까운 관절을 클릭 한 다음 P 키를 눌러 슬개골의 관절을 앞다리로 모입니다.
- 세사모이드 뼈와 navicular 뼈에 대해 2.7.1 단계와 2.7.2 단계를 반복하십시오.
- 조인트를 만들고 슬개골 중앙에 놓고 Enter 키를 누릅니다. 보기 패널에서 슬개골 메쉬를 선택하고 Shift +는 슬개골의 조인트를 클릭합니다. 스킨 바인딩 도구를 사용하여 메쉬를 조인트에 바인딩합니다.
- 다른 뒷다리에 대해 2.1-2.7단계를 반복합니다.
3. 리본 척추 리깅
- 길이가 1 U 패치 및 # V 패치가있는 척추 길이와 거의 동일한 변경 된 옵션이있는 NURBS 평면을 만듭니다. 여기서 #은 흉추 및 요추의 수입니다.
참고: 이 문서의 경우 길이는 20이고 22V 패치는 20입니다.- | 만들기에서 평면 만들기 도구 옆에 있는 사각형 을 선택합니다. NURBS 프리미티브 | 비행기.
- 변경된 옵션으로 비행기를 다시 빌드하십시오.
- F2 키를 눌러 모델링 메뉴 세트로 들어갑니다. 뷰 패널에서 평면을 선택하고 서피스 |에서 재구축 도구 옆에 있는 사각형을 선택하여 재구축 도구 설정을 선택합니다. 다시 빌드하십시오. 다음 옵션을 사용합니다: 범위 수 U = 1; 스팬 수 V = # (이 경우 22); Degree U 및 Degree V 옵션 모두에 대해 "1 선형"을 선택하십시오. 다른 설정을 기본값으로 유지하십시오. 을 누르고 다시 작성 버튼을 누릅니다.
- 변경된 옵션으로 nhairs를 만듭니다.
- F5 키를 눌러 FX 메뉴 세트로 들어갑니다. "보기 패널에서 평면을 선택하고 nHair 옆의 사각형을 선택하여 변경된 옵션으로 헤어 만들기 도구를 사용| 머리카락을 만듭니다. 다음 옵션을 사용하십시오 : 출력은 NURBS 곡선으로 설정됩니다. U 카운트 =1; V 카운트 = # (이 경우 22); 다른 옵션을 기본값으로 유지하십시오. 을 클릭하고 헤어 만들기 버튼을 누릅니다.
- 아웃라이너 패널에서 nucleus1, hairSystem1OutputCurves 그룹 및 hairSystem1을 삭제합니다. hairSystem1Follicles라고 표시된 그룹을 완전히 확장하고 curve__로 표시된 모든 항목을 삭제하십시오.
참고: 결과는 hairSystem1Follicles 라고 표시된 그룹에 nurbsPlane_Follicle____로 레이블이 지정된 항목 목록을 남겨 두어야 합니다. - 평면을 선택하고 이동 도구 및 회전 도구를 사용하여 척추와 대략적으로 겹치도록 평면을 이동 하고 방향을 지정합니다 . 평면을 선택하고 마우스 오른쪽 단추를 누른 상태에서 꼭짓점 제어를 선택하여 평면의 모든 꼭짓점을 표시합니다.
- 꼭짓점을 움직여 척수가 있을 높이의 척추 사이에 모낭의 방향을 맞춥니다. 보기 패널의 어느 곳에서나 # 수의 개별 조인트(이 경우 22개)를 생성하면 이후 단계에서 이러한 조인트의 위치가 수정됩니다.
- nurbsPlane_Follicle____가있는 조인트를 부모로 삼아 각 조인트가 나무 아래에 단일 조인트를 갖도록 합니다.
- [아웃라이너] 패널에서 3.6단계에서 만든 조인트를 선택한 다음 Ctrl + nurbsPlane_Follicle____를 클릭하고 P 키를 누릅니다. 3.6단계에서 만든 다른 조인트와 다른 nurbsPlane_Follicle____ 오브젝트에 대해 3.7.1을 반복합니다.
- [아웃라이너] 패널에서 Ctrl + 모든 조인트를 선택합니다. 샤넬 상자/레이어 상자 패널에서 X, Y 및 Z 변환을 0으로 설정합니다. Ctrl + [아웃라이너] 패널에서 모든 조인트를 선택하고 Ctrl+D 키를 눌러 모든 조인트를 복제합니다. Ctrl + [개요] 패널에서 모든 중복 조인트를 선택하고 Shift + P 키를 눌러 모든 중복 조인트를 부모 해제합니다.
- nurbsPlane_Follicle____ 아래의 관절을 각각의 척추 메쉬와 결합하십시오.
- F3 키를 눌러 리깅 메뉴 세트로 들어갑니다. nurbsPlane_Follicle____에서 원래 관절 (중복 관절이 아님)을 클릭하고 Shift + 각 척추 메쉬를 클릭 한 다음 스킨 |에서 바인드 스킨 도구를 사용하십시오. 바인드 스킨. 각 관절 및 척추 메쉬에 대해 3.9.1단계에서 이러한 작업을 반복합니다.
- Ctrl + 모든 중복 조인트와 평면을 클릭하고 스킨 바인딩 도구를 사용하여 모든 중복 조인트를 평면에 바인딩 합니다.
참고: 이제 척추를 제어하기 위해 중복 관절을 조작할 수 있습니다. - 자궁 경부 및 꼬리 척추에 대해 3.1 단계부터 3.10 단계까지 반복하십시오.
4. 갈비뼈와 흉골 리깅
- 늑골 머리, 늑골 연골의 근위 끝 및 늑골 연골의 원위 끝에 별도의 관절을 배치하십시오. 늑골 연골의 근위 끝에있는 관절을 갈비뼈 머리의 관절에 부모.
- 늑골 연골의 원위 말단에 있는 관절을 늑골 연골의 근위 말단에서 가장 가까운 관절로 모체한다. 갈비뼈 머리의 관절을 척추 관절로 모아 척추 꼬리를 갈비뼈에 맞 춥니 다.
- 스킨 탭 아래에 설정된 리깅 메뉴에서 바인드 스킨 도구를 사용하여 갈비뼈를 머리의 관절에 바인딩하고 늑골 연골을 근위 끝과 원위 끝의 관절에 결합합니다.
- 각 리브에 대해 4.1-4.3단계를 반복합니다.
- 각 흉골 세그먼트의 가장 두개골 끝에 별도의 관절을 배치하십시오. 부모 각 흉골 세그먼트 관절 척추 관절에 가장 등쪽 각 흉골 세그먼트 관절. 스킨 탭 아래에 설정된 리깅 메뉴에서 스킨 바인딩 도구를 사용하여 흉골 세그먼트를 관절에 바인딩 합니다.
5. 포지셔닝 및 애니메이션
- 타임라인에서 프레임을 선택합니다.
- 모델과 컨트롤을 배치합니다. 자유 이미지 평면을 만들어 참조로 사용할 이미지를 가져옵니다.
참고 : 산책 중 말의 Muybridge13의 이미지는 개념 증명으로 사용되었습니다.- 자유 이미지 평면을 선택하는 동안 속성 편집기 탭과 이미지 평면 속성 드롭다운 메뉴에서 이미지 파일을 선택합니다.
- 모든 컨트롤과 척추 제어 조인트를 선택하고 S 키를 눌러 키 프레임으로 저장합니다.
- 타임라인을 따라 다른 프레임을 따라 컨트롤과 척추 제어 조인트를 이동 및 회전하고 S를 누릅니다.
참고: 컨트롤과 척추 제어 조인트의 위치를 변경하고 타임라인의 다른 지점을 따라 키 프레임으로 저장하면 애니메이션이 만들어집니다. 타임라인의 각 프레임을 따라 키 프레임을 설정할 필요는 없습니다. 중요한 위치 또는 타이밍만 키 프레임으로 구성해야 합니다. 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어는 각 컨트롤과 척추 제어 조인트의 키 프레임 위치 사이를 보간하여 부드러운 애니메이션을 만듭니다.
Representative Results
이 방법의 결과는 정확한 해부학 적 위치 지정 및 이동 시뮬레이션을 가능하게하는 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어 내부의 3D 전체 말 골격 모델이었습니다. 모델 자체에는 앞다리, 뒷다리, 척추, 목 및 흉곽에 위임 된 그래픽 리깅 시스템이 있습니다. 3D 모델은 여러 개인이 서로 다른 자세(그림 3 및 그림 4)에 배치할 수 있습니다. 4D 모델의 움직임 (움직임)은 측면, 뒤 및 앞쪽의 비디오뿐만 아니라 등뼈의 움직임을보다 정확하게 묘사하고 산책에서 말의 비디오 (비디오), 캔터 및 트로트와 비교하여 보행의 애니메이션을 만듭니다.
그림 1: 3D 말 모델은 다양한 자세로 이동하고 애니메이션을 적용하여 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어에서 다양한 보행으로 전신 움직임을 시연할 수 있습니다. (A,C) 말용 그래픽 리깅 시스템. 뼈 척추의 자연스러운 움직임을 가능하게 하는 그래픽 리본 척추는 녹색 평면으로 설명됩니다. 다양한 그래픽 리그와 부착된 뼈 메쉬를 이동하는 데 사용되는 컨트롤은 모델의 노란색 타원형과 교차 화살표로 표시됩니다. (A) 서있는 위치. (C) 양육 위치. (B, D) 그래픽 리깅 시스템에 뼈 메쉬가 부착 된 모델입니다. 컨트롤의 위치는 말의 골격의 위치를 변경합니다. (B) 서있는 말. (D) 기르는 말. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 관절이 있는 각 팔다리의 리깅은 위치 지정과 움직임의 생성을 가능하게 합니다. (A) 숫자 1-10으로 표시된 그래픽 관절이 있는 앞다리. (B) 숫자 11-17로 표시된 그래픽 관절이있는 뒷다리. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 3D 말 모델은 개념 증명으로 클래식 Muybridge13 사진과 일치하여 첫 번째 애니메이션을 만들었습니다. (A) Muybridge는 산책에서 말의 사진. (B) 애니메이션에서 키 프레임으로 사용할 사진 위에 겹쳐진 3D 말 모델. (C) 3D 말 모델. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 3D 말 모델은 병리역학적 힘 체계에 대한 이러한 자세의 관계와 영향을 받는 골격 요소, 관절 및 연조직의 결과적인 퇴행을 이해하기 위해 다양한 자세(예를 들어, 여기에서 입증된 척추의 횡단 회전)로 이동할 수 있습니다. (A) 말의 정지 이미지와 비교하여 말 골격의 그래픽으로 조작된 사진을 사용하여 말(라이더와 함께)의 정상적인 자세를 그래픽으로 표현한 그래픽 2D 표현 흉부의 시각화를 가능하게하기 위해 머리와 자궁 경부 척추가 숨겨진 3D 말 모델. (B) 흉부의 시각화를 가능하게하기 위해 머리와 자궁 경부 척추가 숨겨진 3D 말 모델의 정지 이미지와 비교하여 말 골격의 그래픽으로 조작 된 사진을 사용하여 척추의 횡단 회전을 가진 말 (라이더와 함께)의 그래픽 2D 표현. 여기서 횡단 회전이 신체의 골격과 팔다리에 미치는 영향에 주목하십시오. 묘사 된 위치는 왼쪽 앞다리에 과부하가 걸리며, 살아있는 말의 왼쪽 앞발굽 벽의 압축과 균열에 의해지지되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
비디오. 4D 말. 말의 Muybridge13 사진과 일치하는 해골의 주요 위치는 보간되어 산책에서 말의 애니메이션을 만듭니다. 움직임은 앞, 옆, 위 및 뒤에서 볼 수 있습니다. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
이 프로토콜은 유기체의 3D 전신 골격 모델을 만드는 방법을 보여주고이 논문에 설명 된 전신 말 골격 모델을 사용하는 방법을 보여줍니다. 이 모델은 현재 특정 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어가 필요한 형식으로되어 있으며 새로운 사용자를위한 학습 곡선이 있습니다. 그러나이 소프트웨어의 버전은 대학과 관련된 사람들을 위해 자유롭게 사용할 수 있습니다. 전신 자세와 움직임을 모델링하는 것이 인간 운동 선수를 평가하고 기계적으로 유발 된 만성 부상의 원인을 식별하는 데 사용되지만11, 말 운동 선수에게는 덜 일반적입니다. 말 운동 부상 및 성능 문제의 잠재적 원인을 평가하기 위해이 접근법을 사용하기 위해 3D 시각화 소프트웨어 및 3D 애니메이션 및 모델링 소프트웨어를 사용하여 CT 데이터로 현실적인 전신 골격 말 모델을 만들었습니다. 이 모델은 골격 (https://www.youtube.com/watch?v=YncZtLaZ6kQ)의 예술적 그래픽 레크리에이션이거나 팔다리 14,15,16,17 만 묘사하는 다른 말 모델과 다릅니다. 이 전신 모델에서는 앞다리, 뒷다리, 척추 및 흉곽이 모두 조작되었으며 사실적이고 정확한 위치 지정 및 애니메이션을 위해 모델을 쉽게 조작 할 수있는 컨트롤이 부착되어 있습니다.
모델을 조작하는 데 사용되는 프로토콜은 조작되는 특정 말의 요구에 맞게 반복성과 향후 변경을 허용하여 개별화 된 분석을 가능하게합니다. 따라서 말 모델은 연구자가 움직임을 분석 할 때 사용하는 도구입니다. 그러나 모델의 정확성은 특정 분석의 강도와 직접 관련되어 있기 때문에 모델링되는 동물과 관련된 매개 변수와 해결되는 질문에 대한 입력없이 답변을 제공하는 자동화 된 프로그램은 아닙니다. 매개 변수를 입력 할 수있는 기능을 사용하면 향후 연구 연구의 데이터로 모델을 지속적으로 업데이트 할 수 있습니다. 추가적으로, 이러한 그래픽 리깅 프로토콜은 개인들 사이의 해부학적 차이를 반영하도록 적용 및/또는 조정될 수 있다. 또한 다른 동물을 효과적으로 모델링하도록 조정할 수 있습니다. 3D 말 모델은 위치와 움직임을 시뮬레이션하기 위해 쉽게 조작하고 배치할 수 있습니다. 이것은 팔다리의 움직임이보고 모델링하기가 비교적 간단하기 때문에 특히 분명합니다.
모델에서의 그래픽 조인트 포지셔닝은 다른 연구18,19에서 사용된 것과 유사한 접근법에 의해 결정되었다. 뼈 메쉬를 중립 위치에 배치했습니다. 그래픽 조인트는 뼈가 다른 뼈 메쉬와 충돌하지 않고 자유롭게 회전 할 수 있도록 배치되었습니다. 숫자에서 그래픽 조인트는 구가 이동 표면과 일치하는 지점에 배치되었습니다. 견갑골의 그래픽 조인트는 견갑골 잎의 대략적인 중앙에 배치되었습니다. 그래픽 조인트의 이러한 위치는 견갑골을 원하는 위치로 향하게하기 위해 6 자유도로 이동할 수있게합니다. 팔다리와 달리 척추의 움직임은 쉽게 보이지 않으며 종종 실현되는 것보다 복잡하므로 모델링하기가 더 어렵습니다. 이 모델은 특정 척추 관절의 움직임과 문제를 조사하는 데 사용할 수있는 유연성을 가지고 있지만 전체 척추의 종종 구별하기 어려운 움직임을 나타낼 수 있어야했습니다. "리본 척추"를 사용하면 애니메이션 중에 척추를보다 사실적으로 움직일 수 있습니다.
이것은 인간에서 발견 된 것처럼 말의 척추가 종종 비정상적인 생체 역학적 움직임 및 팔다리 부상과 잠재적으로 관련된 문제의 기원이기 때문에 중요합니다. 이 모델의 강점은 횡단 척추 회전(20 )과 같은 척추 위치를 정확하게 입증하는 능력이다(그림 4). 이러한 자세가 다양한 보행 동안 세 차원에서 팔다리에 어떻게 영향을 미치는지는 운동학 및 힘 분석과 함께 모델을 사용하여 결정할 수 있습니다 (예를 들어, 사지의 증가 된 하중을 확인하기위한 압력 플레이트 연구 및 정적 힘 분석). 연조직 근막 성분은 현재 전신 골격 모델에 추가되고 있다. 미래의 목표는 말의 파행에 대한 연구를위한 3D 생체 역학 분석에서 모델의 사용을 확대하는 것입니다. 이러한 확장에는 모델을 사용하여 건강한 자세와 건강에 해로운 자세를 비교하는 3D 힘 분석을 완료하고 움직임의보다 효과적인 시각적 표현을 제공하기 위해 모션 캡처 연구에서 수집 된 3D 데이터 포인트에 모델을 등록하는 것이 포함됩니다.
Disclosures
저자는 이해 상충이 없다고 선언했습니다.
Acknowledgments
저자들은 모델링 정확도에 대한 그의 의견에 대해 운동의 과학 인 Jean Luc Cornille을 인정합니다. 마사 리틀필드 박사와 제임스 레이 씨(LSU SVM), 스티브 홀라데이 박사, 칼라 자렛 박사, 브렌트 노우드 씨(UGA CVM)가 해부학적 표본에 접근할 수 있도록 합니다. CT 스캔을 수행하기 위해 Ajay Sharma 박사 (UGACVM)와 L. Abbigail Granger 박사와 Mark Hunter (LSUSVM) 씨; 학부 연구원 Jeremy Baker, Joshua Maciejewski, Sarah Langlois 및 Daniel Pazooki (LSU School of Veterinary Medicine Functional and Evolutionary Anatomy Lab)는이 연구와 관련된 연구를 수행했습니다. 기금은 Charles V. Cusimano 보조금을 통해 Louisiana State University School of Veterinary Medicine의 Equine Health Studies Program에서 조달되었습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Avizo | VSG, Visualization Science Group, Inc., Burlington, MA | N/A | cited in text as "3D visualization software" |
| Maya | Autodesk, Inc., San Rafael, CA | N/A | cited in text as "3D animation and modeling software"; Free student version |
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